Celulozo estas kompleksa polisakarido kunmetita de multaj glukozaj unuoj konektitaj per β-1,4-glicosidaj ligoj. Ĝi estas la ĉefa ero de plantaj ĉelaj muroj kaj donas al plantaj ĉelaj muroj fortan strukturan subtenon kaj malmolecon. Pro la longa celuloza molekula ĉeno kaj alta kristaleco, ĝi havas fortan stabilecon kaj nesolveblecon.
(1) Propraĵoj de celulozo kaj malfacileco en dissolvado
Celulozo havas la jenajn propraĵojn, kiuj malfaciligas solvi:
Alta kristaleco: La celulozaj molekulaj ĉenoj formas streĉan retan strukturon tra hidrogenaj ligoj kaj van der Waals -fortoj.
Alta grado de polimerigo: La grado de polimerigo (t.e. la longo de la molekula ĉeno) de celulozo estas alta, kutime de centoj ĝis miloj da glukozaj unuoj, kio pliigas la stabilecon de la molekulo.
Reto de Hidrogenaj Obligacioj: Hidrogenaj ligoj estas vaste prezencaj inter kaj ene de celulosaj molekulaj ĉenoj, malfaciligante esti detruitaj kaj dissolvitaj de ĝeneralaj solviloj.
(2) Reagentoj, kiuj solvas celulozon
Nuntempe la konataj reagentoj, kiuj povas efike solvi celulozon, inkluzivas ĉefe la jenajn kategoriojn:
1. Ionaj likvaĵoj
Ionaj likvaĵoj estas likvaĵoj kunmetitaj de organikaj kationoj kaj organikaj aŭ neorganikaj anioj, kutime kun malalta volatileco, alta termika stabileco kaj alta alĝustigeblo. Iuj ionikaj likvaĵoj povas solvi celulozon, kaj la ĉefa mekanismo estas rompi la hidrogenajn ligojn inter celulozaj molekulaj ĉenoj. Oftaj ionikaj likvaĵoj, kiuj solvas celulozon, inkluzivas:
1-butil-3-metilimidazolium-klorido ([BMIM] CL): Ĉi tiu jona likvaĵo dissolvas celulozon per interagado kun hidrogenaj ligoj en celulozo per hidrogenaj ligaj akceptantoj.
1-etil-3-metilimidazolium acetato ([EMIM] [AC]): Ĉi tiu ionika likvaĵo povas solvi altajn koncentriĝojn de celulozo en relative mildaj kondiĉoj.
2. Amina oksidanta solvo
Amina oksidanta solvo kiel miksita solvo de dietilamina (DEA) kaj kupra klorido estas nomata [Cu (II) -ammonium-solvo], kiu estas forta solventa sistemo, kiu povas solvi celulozon. Ĝi detruas la kristalan strukturon de celulozo per oksidado kaj hidrogeno -ligado, igante la celulozan molekulan ĉenon pli mola kaj pli solvebla.
3.
La sistemo LICL-DMAC (litio-klorido-dimetilacetamido) estas unu el la klasikaj metodoj por solvi celulozon. LICL povas formi konkurencon por hidrogenaj ligoj, tiel detruante la hidrogenan ligan reton inter celulozaj molekuloj, dum DMAC kiel solvilo povas interagi bone kun la celuloza molekula ĉeno.
4. Hidroklorida Acido/Zinka Klorida Solvo
La solvo de klorhidrato/zinka klorido estas frua malkovrita reagento, kiu povas solvi celulozon. Ĝi povas solvi celulozon formante kunordigan efikon inter zinka klorido kaj celuloza molekulaj ĉenoj, kaj hidroklorika acido detruanta la hidrogenajn ligojn inter celulozaj molekuloj. Ĉi tiu solvo tamen estas tre koroda al ekipaĵo kaj estas limigita en praktikaj aplikoj.
5. Fibrinolitikaj enzimoj
Fibrinolitikaj enzimoj (kiel celulasoj) dissolvas celulozon katalizante la malkomponiĝon de celulozo en pli malgrandajn oligosakaridojn kaj monosakaridojn. Ĉi tiu metodo havas ampleksan gamon de aplikoj en la kampoj de biodegradado kaj biomasa konvertiĝo, kvankam ĝia dissolva procezo ne estas tute kemia dissolvo, sed estas atingita per biokatalizo.
(3) Mekanismo de celuloza dissolvo
Malsamaj reagentoj havas malsamajn mekanismojn por dissolvi celulozon, sed ĝenerale ili povas esti atribuitaj al du ĉefaj mekanismoj:
Detruo de hidrogenaj ligoj: Detruante la hidrogenajn ligojn inter celulozaj molekulaj ĉenoj per konkurenciva hidrogena ligo -formado aŭ jona interagado, igante ĝin solvebla.
Malstreĉiĝo de molekula ĉeno: Pliigi la mildecon de celulozaj molekulaj ĉenoj kaj redukti la kristalecon de molekulaj ĉenoj per fizikaj aŭ kemiaj rimedoj, tiel ke ili povas esti solvitaj en solviloj.
(4) Praktikaj aplikoj de celuloza dissolvo
Celuloza dissolvo havas gravajn aplikojn en multaj kampoj:
Preparo de celulozaj derivaĵoj: Post dissolvado de celulozo, ĝi povas esti plu kemie modifita por prepari celulozajn eteriojn, celulosajn esterojn kaj aliajn derivaĵojn, kiuj estas vaste uzataj en manĝaĵoj, medicino, tegaĵoj kaj aliaj kampoj.
Materialoj bazitaj sur celulozo: Uzado de dissolvita celulozo, celulozaj nanofibroj, celulozaj membranoj kaj aliaj materialoj povas esti preparitaj. Ĉi tiuj materialoj havas bonajn mekanikajn proprietojn kaj biocompatibilidad.
Biomasa Energio: Per dissolvado kaj degenero de celulozo, ĝi povas esti transformita al fermentaj sukeroj por produktado de biofueloj kiel bioetanolo, kiu helpas atingi la disvolviĝon kaj utiligon de renovigebla energio.
Celuloza dissolvo estas kompleksa procezo implikanta multoblajn kemiajn kaj fizikajn mekanismojn. Ionikaj likvaĵoj, amino-oksidantaj solvoj, LiCL-DMAC-sistemoj, hidrokloridaj acidaj/zinkaj kloridaj solvoj kaj cellolitikaj enzimoj estas nuntempe konataj kiel efikaj agentoj por dissolvado de celulozo. Ĉiu agento havas sian propran unikan dissolvan mekanismon kaj aplikan kampon. Kun la profunda studo de la mekanismo de dissolvo de celulozo, oni opinias, ke pli efikaj kaj ekologiaj dissolvaj metodoj disvolviĝos, provizante pli da eblecoj por utiligado kaj disvolviĝo de celulozo.
Afiŝotempo: jul-09-2024